CONTROLADORES AUTOSINTONIZABLES

OBJETIVOS:

Al finalizar la sesión el participante será capaz de comprender el funcionamiento de los controladores adaptivos, así como realizar el procedimiento de Autosintonía de un controlador PID.

Justificación:Un controlador PID autosintonizable evitará la

sintonización manual y se ajustará utilizando las reglas de sintonía de Ziegler & Nichols.

Un PID autosintonizable se ajustará a los cambios que ocurran en el sistema calculando nuevos parámetros para el controlador.

CONTROLADORES AUTOSINTONIZABLES

1.Generalidades. 2.Tipos de Sintonía

3.Parámetros de Configuración.a. Procedimiento de Autosintonía de un

controlador PID.b. Gráfica de la respuesta del proceso ante

una perturbación.c. Gráfica de Sintonía.

1. Generalidades

La sintonía de controladores estudiados hasta ahora está considerada dentro de la sintonía manual, pero hoy en día la tecnología nos ofrece la posibilidad de tener controladores con sintonía automática, los cuales son conocidos como controladores adaptivos.

Los controladores autosintonizables son aquellos en los cuales los parámetros del controlador tales como la ganancia, el tiempo de acción integral y derivativa son ajustados automáticamente en función a las características estáticas y dinámicas del proceso.

2. Tipos de SintoníaPor lo expuesto anteriormente, la sintonía de un controlador

puede hacerse en forma manual o adaptiva.

Sintonía ManualEl usuario ajusta los parámetros PID del controlador, de

acuerdo a la respuesta de Lazo Abierto o Cerrado del proceso. Utilizando distintos métodos como por ejemplo los de Ziegler & Nichols.

Sintonía AdaptivaLos parámetros del Controlador se ajustan

automáticamente en función de las características del proceso. La sintonía se da en base a aproximaciones sucesivas basadas en modelos o en reglas. Mencionaremos tres formas: “Autotuning”, “Self Tuning”, y Ganancia Programada.

Durante la Sintonía del Controlador, el Control PID es remplazado por un Control On Off con histéresis tal como se muestra.

Autosintonía (Automatic Tuning, Autotuning, Tuning on demand, One Shoot Tuning)

En este tipo de sintonía el controlador se sintoniza automáticamente ante un requerimiento del usuario mediante un botón, una secuencia de botones o un comando.

Durante la sintonía el controlador se comporta como un relé o controlador en modo On Off con histéresis. En la siguiente figura se observa las variables de proceso (PV), variable manipulada (MV), y Set Point (SP), primero durante el autotuning y después ante una variación en escalón del Set Point (SV).

A continuación se observan las variables de Proceso (PV), manipulada (MV) y Set Point (SP), primero durante el autotuning y después ante un escalón en el Set Point.

Características:

Son aquellos que son sintonizados automáticamente a la demanda del operador a pesar que cambie la dinámica del proceso.

Esta técnica se basa en el análisis de la respuesta del error del proceso sin usar un modelo del mismo.

Se ofrece como opción en muchos controladores de lazo simple y multilazo incluyendo a productos de sistemas de control distribuido.

Pueden ser realizados con dispositivos externos.

Adaptación (Self Tuning)En este tipo de sintonía el controlador monitorea el proceso

continuamente, el Self Tuning cambia si la respuesta es muy lenta y resetea los parámetros si la respuesta es oscilatoria.

Características Los parámetros de estos controladores se ajustan

continuamente para adecuarse a los cambios de la dinámica de los procesos y los disturbios que la afectan.

Se basan en modelos matemáticos de la dinámica del proceso.

Son llamados también controladores de adaptación.

Ganancia Programada (Gain Scheduling)

En este tipo de sintonía el controlador asigna cambios en el tiempo o una ganancia donde se requiera cambio de control de acuerdo a las condiciones de operación; es necesario para ello determinar las variables de programación que están relacionadas con los cambios dinámicos del proceso.

• CARACTERISTICAS• Son aquellos que son sintonizados basándose en

tablas establecidas de ganancias de proceso, como consecuencia de la experiencias del operador.

• Es una técnica que trata con procesos que poseen variaciones en el tiempo o situaciones en las que los requerimientos de control cambian con las condiciones de operación.

• Se requiere identificar las variables de programación y cuantificar su rango en un número de condiciones discretas de operación.

• Las variables de programación pueden ser: variable medida, variable manipulada o cualquier otra señal.

Principio de AutosintoníaEn este tipo de sintonía los parámetros PID se

ajustan automáticamente según las características dinámicas del sistema o proceso, en base a aproximaciones sucesivas cuyos modelos o reglas están establecidas. Los parámetros serán almacenados en memoria EEPROM para su uso futuro, el proceso de Autosintonía se realiza una sola vez en un sistema, pero si la carga ha sido cambiada o bien si ocurre otro cambio fundamental en el sistema, posiblemente habrá que realizar la Autosintonía.

Parámetros de configuración.

Los parámetros de configuración de los controladores autosintonizables suelen ser diferentes, dependiendo de la serie, modelo y fabricante, así por ejemplo, presentamos los parámetros del controlador de la serie MYCONT modelo XR15 de la firma ENDRESS + HAUSER.

Procedimiento de Autosintonía de un

controlador PID  

• 1° Paso: Verifique las condiciones de seguridad para el arranque del sistema: posición inicial de válvulas, alimentación de aire y otros.

• 2° Paso: Energice el sistema de control, coloque el Set Point en 50% y espere a que la variable de proceso X se estabilice.

• 3 Paso: Coloque el controlador en modo manual y anote el valor del Set Point.

• 4° Paso: Ajuste el parámetro Y para una desviación 5% (por ejemplo 10%).

• 5° Paso: Presione la tecla Enter por más de 5 segundos. La pantalla mostrará el parámetro Xp1.

6° Paso: Seleccione el parámetro Tn y ajústelo. Si el proceso no requiere acción integrativa ajuste Tn = 3600.

7° Paso: Seleccione el parámetro Tv y ajústelo. Si el proceso no requiere acción derivativa ajuste Tv = 0000.

8° Paso: Seleccione el parámetro S y ajústelo a 1.9° Paso: Seleccione el parámetro Yd y ajústelo entre

5 ..... 100%.10° Paso: Presione la tecla Enter por más de 5

segundos. La pantalla mostrará de nuevo el parámetro Y.

11° Paso: Presione simultáneamente las teclas Enter y el de Selección de Dígito / Decrementar (primero la tecla Enter). El parámetro S debe oscilar. Espere durante algunos segundos, mientras S oscila.

NOTA: Mientras el valor S oscile el sistema está trabajando y sólo debe esperarse a que termine su tarea.

La optimización arranca cuando el cambio del valor del proceso es mucho menor que 1% por minuto. Si el valor del proceso oscila debe cancelarse la acción mediante la tecla Manual – Auto.

Si el procedimiento exitoso el controlador mismo se coloca en modo Automático y el control se hará con los nuevos parámetros óptimos autoseteados por el controlador. Entonces, siga los siguientes pasos:

12° Paso: Verifique la estabilidad del sistema introduciendo una variación en escalón del set-point del controlador. La respuesta en el registrador debe mostrar la pronta recuperación del sistema logrando la estabilidad en un valor de la variable del proceso muy cercano al Set-Point. También verifique la ausencia de offset.

13° Paso: De ser necesario, realice pequeños reajustes en ambos sentidos de la banda proporcional, del Reset y del Rate por separado, para conseguir un sintonizado fino a fin de obtener la respuesta que mejor se adapte al proceso.

14° Paso: Grafique la curva de respuesta observada en el registrador.

Si el procedimiento no es exitoso, el valor m oscila. Entonces se debe colocar el controlador en modo Manual, la variable de corrección Y deberá ser reducida al valor de arranque y deberá seguirse los siguientes pasos.

 15° Paso: Presione la tecla Enter por más de 5

segundos, La pantalla mostrará los parámetros de control.

16 Paso: Pulse la tecla Enter hasta que visualice el valor m. Vea la tabla siguiente para interpretar el número del mensaje de la pantalla y proceder de acuerdo a este mensaje.

N° SIGNIFICADO

1 Acción equivocada de la variable de corrección. X no cambia hasta W.

2 Sintonía exitosa.

3 No hay o demasiado baja la reacción de la variable X (£ 1% en 3h).

4 El cambio de paso de salida es demasiado lento.

5 El arranque demasiado cerrado al Set Point o la señal de salida no está en limitación después de cambiar el Set-Point.

6 Sintonía exitosa.

7 El cambio del paso de salida no es posible (fuera de límite).

GRÁFICA DE LA RESPUESTA DEL PROCESO ANTE UNA PERTURBACIÓN

En la siguiente figura se observa como la VP se recupera rápidamente ante una perturbación o cambio de Set-Point.